A mudança tecnológica da montagem tradicional através de orifícios para interligações de alta densidade, juntamente com o crescimento explosivo da inteligência artificial, está a remodelar fundamentalmente a trajetória tecnológica, a estrutura de produtos e a distribuição de valor da indústria de PCB.
Requisitos tecnológicos Atualização do hardware informático de IA para PCB
Procura de Interconexões de Alta Contagem de Camadas e Alta Densidade
As placas-mãe de servidores tradicionais empregam tipicamente 12-16 camadas, enquanto os actuais servidores de treino de IA mainstream (como a série NVIDIA DGX H100) requerem contagens de camadas PCB de 20-30 camadas. Particularmente para substratos de GPU, são necessárias densidades de interconexão superiores a 5.000 pontos de solda BGA, com largura/espaçamento de traço comprimido dos convencionais 4/4 mil para 2/2 mil ou mesmo 1,5/1,5 mil. Esta exigência de conceção conduz diretamente à adoção do mSAP (Modified Semi-Additive Process), uma vez que os processos subtractivos tradicionais já não conseguem satisfazer os requisitos de precisão.
Desafios e soluções de integridade de sinal
Com taxas de transmissão PAM4 de 112 Gbps, a perda de inserção deve ser controlada dentro de -0,6 dB/polegada. Através de análises de simulação, descobrimos que o fator de dissipação (Df) tem de ser reduzido de 0,02 para o FR-4 convencional para menos de 0,005. A atual solução líder da indústria envolve a utilização de um sistema composto de resina de hidrocarboneto/enchimento cerâmico (como o Rogers RO4835™), que mantém um valor Dk estável de 3,5±0,05 e apresenta boas propriedades dieléctricas mesmo a 77 GHz.
Inovações na tecnologia de gestão térmica
Tomando a NVIDIA H100 como exemplo, o consumo de energia de pico de um único chip atinge 700W, tornando as soluções tradicionais de design térmico totalmente inadequadas. A nossa tecnologia desenvolvida de bloco de cobre incorporado + matriz de vias térmicas pode reduzir a resistência térmica para 0,8°C/W. Em termos de seleção de materiais de substrato, a Tg elevada (≥170°C) e a elevada condutividade térmica (≥0,8 W/m-K) tornaram-se requisitos básicos, com algumas aplicações topo de gama a adoptarem já estruturas híbridas de substratos metálicos e materiais orgânicos.
Avanços tecnológicos e progressos na localização de materiais-chave
A série S7439 da Shengyi Technology foi certificada pelos principais OEMs, alcançando um valor Df de 0,0058 a 10 GHz, aproximando-se dos padrões líderes internacionais. O desenvolvimento pela Sinoma Science & Technology de tecido de vidro eletrónico de baixo Dk (Dk=4,2) quebra o monopólio tecnológico da Nittobo, com produção em massa prevista para 2025.
Materiais químicos especializados
Nas tintas de resistência de solda, a série SR-7200G da Taiyo Ink suporta imagens diretas a laser com resoluções até 20 μm. Para aditivos de revestimento, a série Circuposit 8800 da MacDermid Enthone permite o revestimento uniforme com rácios de aspeto 1:1, abordando a questão do revestimento uniforme de cobre em orifícios de passagem para PCBs de elevada contagem de camadas.
Constrangimentos técnicos e avanços nos processos de fabrico
Tecnologia de perfuração a laser
Para o processamento de microvias abaixo de 0,1 mm, os lasers de CO2 estão a aproximar-se dos limites físicos. Introduzimos sistemas de processamento a laser UV combinados com tecnologia de modelação do feixe para aumentar a precisão do processamento para 35 μm. As máquinas de perfuração a laser UV da Han's Laser, utilizando um comprimento de onda de 355 nm, atingem um diâmetro mínimo de furo de 50 μm com uma precisão posicional de ±15 μm.
Inovações nos processos de laminação
Para placas de camada ultra-alta com mais de 30 camadas, desenvolvemos um processo de laminação que envolve aquecimento segmentado e aplicação de pressão. Ao controlar com precisão o fluxo de resina, a taxa de enchimento entre camadas é aumentada para mais de 95%, enquanto a precisão do alinhamento entre camadas é mantida dentro de ±25 μm.
Actualizações na tecnologia de inspeção
Uma solução completa que combina Inspeção ótica automatizada (AOI) e os testes eléctricos são adoptados. O software PathWave ADS da Keysight suporta simulação de campo eletromagnético 3D, permitindo a identificação precoce de problemas de integridade do sinal. Para testes em circuito, a arquitetura TestStation da Teradyne suporta testes de taxa de erro de bits para interfaces de 112 Gbps.
Reestruturação da cadeia industrial e transformação do modelo empresarial
Reformulação das relações da cadeia de abastecimento
A cadeia de abastecimento de PCB para servidores de IA está dividida em três níveis: Os conjuntos de placas de GPU são liderados por fabricantes de chips (por exemplo, a cadeia de fornecimento designada pela NVIDIA); as placas-mãe de CPU seguem a cadeia de fornecimento de servidores tradicional; e os fabricantes de módulos adquirem módulos acessórios de forma independente. Esta diferenciação exige que os fabricantes de placas de circuito impresso possuam capacidades diferenciadas de envolvimento do cliente.
Aumento da concentração devido a maiores barreiras técnicas
O investimento de capital para PCB de 18 ou mais camadas é 3-5 vezes superior ao dos produtos tradicionais, com ciclos de I&D que se estendem por 12-18 meses. Este facto levou à concentração de quotas de mercado entre as empresas líderes, com os três principais fabricantes a representarem mais de 60% do mercado nacional de PCB para servidores de IA em 2024.
Modificações na distribuição de valores
No custo da lista de materiais (BOM) dos servidores de IA, a proporção de placas de circuito impresso aumentou de 2-3% nos servidores tradicionais para 6-8%. Especialmente no caso dos substratos de GPU, devido à sua elevada complexidade técnica, as margens brutas podem atingir 35-40%, significativamente mais elevadas do que os 15-20% dos produtos tradicionais.
Tendências futuras de desenvolvimento tecnológico
Integração de embalagens avançadas e PCBs
A arquitetura Chiplet exige que os PCBs assumam algumas funções de interposição, conduzindo a tecnologia Substrate-Like PCB (SLP) para uma largura/espaçamento de traços de 10/10 μm. A tecnologia eSLP desenvolvida pela Shennan Circuits alcançou uma capacidade de processo de 8/8 μm e está a ser validada por amostras com os principais fabricantes de chips.
Tecnologia de co-embalagem de fotónica de silício
Para módulos ópticos superiores a 1,6T, a ótica de co-embalagem (CPO) tornou-se uma escolha inevitável. Para tal, é necessário que os PCB integrem guias de ondas fotónicas, e estamos a desenvolver uma tecnologia de substrato híbrido baseada em guias de ondas de dióxido de silício, que deverá atingir aplicações de engenharia até 2026.
Requisitos de sustentabilidade
A diretiva CE-RED da UE impõe novos requisitos ambientais aos PCB, incluindo materiais sem halogéneos e processos sem chumbo. O nosso sistema de resina epóxi de base biológica desenvolvido reduz a pegada de carbono em 40% e obteve a certificação UL.
Recomendações para as equipas técnicas
Transformação da estrutura de talentos
É necessária uma mudança dos engenheiros de processos tradicionais para talentos compostos "material-processo-sistema". Na nossa equipa, a proporção de engenheiros com formação em ciências dos materiais aumentou de 10% há uma década para 35% atualmente.
Foco do investimento em I&D
Recomenda-se a afetação de 60% de recursos de I&D a HDI de elevado número de camadas, 30% a embalagens avançadas e 10% a tecnologias de desenvolvimento sustentável. Deve ser dada especial ênfase à colaboração precoce com os fabricantes de pastilhas e à participação na conceção de produtos de ponta.
Estratégia de apresentação de patentes
Foco em esquemas de patentes em três direcções: materiais de alta velocidade, estruturas de dissipação térmica e interligações de alta densidade. Entre as nossas principais patentes registadas nos últimos anos, as que envolvem estruturas especiais de dissipação térmica representam 40%, que se tornarão uma futura barreira tecnológica
A inteligência artificial está a elevar as placas de circuito impresso de componentes auxiliares a peças fundamentais dos sistemas informáticos. Esta mudança de estatuto exige que redefinamos os processos de desenvolvimento de produtos com uma mentalidade a nível do sistema, passando de meros fornecedores de serviços de fabrico a fornecedores de soluções técnicas. A futura concorrência da indústria será um concurso abrangente de sistemas de materiais, capacidades de processo e proezas de conceção de sistemas.